Способ измерения коэффициентов нелинейности (гармоник, комбинационных составляющих) и устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 26. 05.77 (21) 2490102/18-21 О 01 й 23/16 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(53) УДК 621.3.018.783 р 621. 317.в 757 (088.8) Дата опубликования описания 23.12. 80(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕЛИНЕИНОСТИ Способ может быть использован при измерении нелинейных характеристик усилительных схем, а также отдельных элементов этих схем, например транзисторов с повышенными требованиями к линейности передачи сигнала, в технике связи при контроле систем с допустимыми нормами на линейное преобразование информационных сигнаЛов (в многоканальной телефонной связи, в ка 45 бельном телевидении). Недостатком способа 2) является его усложенность.и возможность возникновения электроопасных режимов Изобретение относится к радиотехническим измерениям, а именно к измерению нелинейных искажений четырехполюсников.5 Известен способ измерения коэффициентов нелинейности (коэффициентов комбинационных составляющих), осущест вленный на устройстве 11, в котором используют подачу двухчастотного испытательного сигнала с равными амплитудами на вход исследуемого четырехполюсника, осуществляющий селектив ное измерение мощностей комбинационной составляющей к-го порядка Р и сигнала основного тона РО на нагрузке исследуемого четырехполюсника, определение коэффициентов комбина- )О ционных составляющих к-го порядкаМк по формулеМ = 108 (Р/Р ) .Недостатком. указанного способаявляется малый линейный динамический диапазон измерения, .определяющийся линейным динамическим диапазоном индикатора спектра.Наиболее близким к предлагаемомуизобретению является способ, осуществленный на устройстве 2( и заключающийся в разветвлении испытательного сигнала на основной,содержащий исследуемый четырехполюсник,и дополнительный каналы, сложениисигналов с обоих каналов, компенсации амплитуды и Фазы разветвленныхсигналов до получения минимальногозаданного уровня мощности испытательного сигнала при их сложении. Затемпроводят измерение уровня мощностиосновного тона на выходе сумматора.сигналов с обоих каналов путем отключения дополнительного канала от сумматора,для исследуемого четырехполюсника, происходящего эа счет необходимости отключения одного из каналов от сумматора в процессе калибровки индикатора нелинейных искажений по уровню основного тона испытательного сигнала, что может приводить к рассогласованию измеряемого четырехполюсника с нагрузкой и даже к выходу его из строя.Цель изобретения - упрощение измерения при одновременном повышении электробезопасности четырехполюсника, введение дополнительных возможностей, позволяющих исключить компенсацию входной нелинейности четырехполюсника и выделить эту нелиней. ность при измерении.Укаэанная цель достигается тем, что в известном способа 21 , заключающемся в разветвлении испытательного сигнала на основной, содержащий исследуемый четрыхполюсник, и дополнительный каналы, сложении сигналов с обоих каналов, компенсации амплитуды и фазы разветвленных сигналов до получения минимального заданного уровня мощности испытательного сигнала при их сложении, измеряют мощность основного тона испытательного сигнала Ро путем дополнительного ответвления части мощности от одного из каналов, определяют коэффициент передачидополнительно ответвленной и измеренной мощности к мощности складываемого испытательного сигнала из этого канала, затемселективно измеряют мощность нелинейной составляющей к-го порядка Р в спектре сложенного сигнала и определяют коэффициент нелинейности (гармоник, комбинационных составляющих) М 1 по формулеМ= 1069 (Р/Р,) + 1028 Упрощение измерения состоит в уменьшении числа операций. Повышение электробезопасности исследуемого четырехполюсника достигается за счет стационарного согласования четырехполюсника с нагрузкой.Устройство для осуществления рассматриваемого способа содержит генератор испытательного сигнала, соединенный с разветвителем входного сигнала на основной и дополнительный каналы, а также сумматор сигналов с этих каналов, выход которого соединен с индикатором нелинейных искажений, причем в каналы включены регуляторы амплитуды и фазы, а в основной канал - исследуемый четырехполюсник.Отличием предлагаемого устройства для осуществления способа является то, что осйовной канал имеет дополнительно элемент связи, соединенный с исследуемым четырехполюсником,иэмерителем мощности основного тонаи через регуляторы амплитуды и фазыс сумамтором.Другим отличием устройства, позволяющим исключить компенсацию вход-.5 ной нелинейности исследуемого четырехполюсника, является то, что между разветвителем и входом четырехполюсника включен невзаимный элемент, тогда как элемент связи соецинен с выходом четырехполюсника.Кроме того, отличием предлагаемого устройства для осуществленияспособа, позволяющим выделить входную нелинейность четырехполюсника,является то, что на входе четырехполюсника включен элемент связи, который с помощьЮ дополнительного отвода от него через невзаимный элемент соединен с разветвителем,На фиг.1-4 показаны примеры уст ройства для осуществления способаизмерения коэффициентов нелинейности.Последовательность действий привыполнении способа измерения коэф фициентов нелинейности (гармоник,комбинационных составляющих) заключается в разветвлении испытательногосигнала на основной и дополнительныйканалы, например в отношении 1:1, ЗОсложении сигналов с обоих каналов,компенсации амплитуды (например регулируемым аттенюатором) и фазы(например регулируемой линией задержки) разветвленных сигналов дополучения минимальной (напри;лер нудфлевой) мощности основного тона навыходе сумматора сигналов с обоихканалов, Затем измеряют мощностьосновного тона испытательного сигнала Ро путем дополнительного от ветвления части мощности от одногоиз каналов (например с помощью элемента связи в основном канале)определяют коэффициент передачи у дополнительно ответвленной и измерен ной мощности к мощности склалываемого испытательного сигнала из этогоканала на выходе сумматора (фактически- коэффициент передачи мощности от места соединения измерителя мощности с элементом связи навыход сумматора и определяется конструкцией системы). Селективно измеряют мощность нелинейной составляющей к-го порядка Рк(напримерспектроанализатором) в спектре сложенного сигнала и определяют коэффициент нелинейности М (коэффициент гармоник, коэффициент комбинационных составляющих) по Формуле Мр 1089 (Р /Р ) + 10 Ругде к - порядок нелинейного продукта, равный 2, 3, 4Пример выполнения устройства для 65 осуществления способа измерения ко 789867,мент, тогда как элемент связи сое 65 динен с выходом четырехполюсника. эффициентов нелинейности показан нафиг.1, где изображен генератор 1испытательного сигнала, соединенныйс разветвителем 2 входного сигналана основной А и дополнительный В каналы, а также сумматор 3 сигналовс этих каналов, выход которого соединен с индикатором 4 нелинейных искажений, причем например в канал Авключен регулятор 5 амплитуды и исследуемый четырехполюсник б, тогдакак в канал В включен регулятор 5амплитуды и регулятор 7 фазы. Четырехполюсник б через элемент 8 свя.зи соединен с измерителем 9 мощности основного тона, и через регулятор 5 амплитуды - с сумматором 3. На фиг.2 изображено устройство с несколько иной конструкцией элемента 8 связи, которое рационально применять в случае малых уровней испытательных сигналов, когда нелинейные составляющие также малы.На фиг,3 изображено устройство, позволяющее исключить возможность компенсации входной нелинейности четырехполюсника, в котором между разветвителем 2 входного сигнала 1 и входом четырехполюсника б включен невэаимный элемент 10 (например ферритовый вентиль). Элемент 8 связи соединен с выходом четырехполюсника б. На фиг.4 изображено устройство, позволяющее выделить нелинейные составляющие, присутствующие на входе исследуемого четырехполюсника, т.е. выделить входную нелинейность. В упомянутом устройстве четырехполюсник б имеет нагурзку 11, тогда как элемент 8 связи, стоящий ка входе четырехполюсника б, имеет дополнительный отвод Г, соединяющий через невзаимный элемент 10 элемент 8 связи с разветвителем 2 сигналов.Источником входной нелинейности четырехполюсника при исследовании транзистора может явиться, например, нелинейность сопротивления эмиттерно-базового перехода 3. Эффективность предлагаемого споссоба заключается в упрощении процесса измерения, что ведет к повышению производительности измерения, а также в повышении электробезопасности исследуемого четырехполюсника при измерении, что ведет к увеличению процента выхода годных приборов.Подавление основного тона при.измерении, снижая погрешность измерения, расширяет линейный динамический диапазон измерения на число децибел, равное линейному динамическому диапазону используемого индикатора спектра, т.е, составляющее примерно 100-120 дБ. О 15 20 25 30 35 Способ может быть использован при различных видах испытиФельных . сигналов, когда число тонов испытательных сигналов отлично от единицы, тогда как их частоты лежат в полосе подавления основных тонов измерителя. Формула изобретения 1. Способ измерения коэффициентов нелинейности (гармоник, комбинационных составляющих ), заключающийся в разветвлении испытательного сигнала на основной, содержащий исследуемый четырехполюсник, и дополнительный каналы, сложении сигналов с обоих каналов, компенсации амплитуды и фазы разветвленных сигналов до получения минимального заданного уровня мощности испытательного сигнала при их сложении, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения измерения при одновременном повышении электробезопасности четырехполюсника, измеряют мощность основного тона испытательного сигнала Рв путем дополнительного ответвления части мощности от одного из каналов, .определяют коэффициент передачидополнительно ответвленной и измеренной мощности к мощности складываемого испытательного сигнала из этого канала, затем селективно измеряют мощность нелинейной состав" ляющей к-го порядка Р в спектре суммарного сигнала и определяют коэффициент нелинейности Мпо форму- ле М= 1019 (Р/Р ) + 10385 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее генератор испытательного сигнала,соединенный с разветвителем входного сигнала на основной и дополнительный каналы, а также сумматор сигналов с этих каналов, выход которого соединен с индикатором нелинейных искажений, причем в каналы включены регуляторы амплитуды и фазы, а в основной канал - исследуемый четырехполюсник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в основной канал включен элемент связи, соединенный с четырехполюсником, измерителем мощности основного тона и через регуляторы амплитуды и фазы с сумматором.3. Устройство для осуществления способа по п.2, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что с целью исключения компенсации входной нелинейности исследуемого четырехполюсника,межау разветвителем и входом четырехполюсника включен невзаимный эле4. Устройство для осуществления способа по пп.2 и 3 о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью выделения входной нелинейности четыреполюспика, на входе четырехполюсника включен элемент связи, который с помощью дополнительного отвода от него через кевзаимный элемент соединен с разветвителем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. КЬдд 2 А. М.30 п 5 СОП Й. Н.1 ЕЕЕ 3,5 о 1 дгайе Сгсцйь, 1974,ч.ьс, М 4, р 180-189, г 19. 46.2. Справочник. "Измерения в электронике". Под ред. Б. А. Доброхотова, т., И.-Л., "Энергия", 1965, с.172-173, рис,19-1-2 (прототип),3. Магауапап 5., - " В 5 ТЗ, 1967,10 ч.46, Р 5, р. 991.7 В 9867Составитель А. Данилин Редактор В, Данко Техред М.Табакович, Корректор Е. Папп Заказ 9032/44 Тираж 1019 Подписное ВНИИПН Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 45 Филиал ППП "Патент",г, Ужгород, ул. Проектная,4